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SISTEMA DE MEDICION Y CONTROL DE CAMPOS MAGNETICOS
PARA FINES TERAPEUTICOS
Arnulfo Lara Eliosaa, Jaime Cid Monjarazb, Javier Méndez Mendozab, Fernando Reyes Cortesb,
Ignacio Becerra Ponce de Leóna.
(a)
Laboratorio de Tecnología del Agua, Instituto de Ciencias. [email protected]
Facultad de Ciencias de la Electrónica. [email protected]@correo.buap.mx
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla.
(b)
RESUMEN
Es conocido que los campos magnéticos reducen el dolor de inflamaciones y la
susceptibilidad a las infecciones, por lo que existe una inmensa gama de afecciones que
pueden ser tratadas con la aplicación de campos magnéticos En nuestro caso lo llevamos a
cabo por medio de bobinas solenoides de campos magnéticos de intensidad variable que
emiten una frecuencia de 1 a 1000 Hertz, convirtiendo el campo magnético en un campo
pulsante. Por lo que es importante no solo poder medir la magnitud del campo magnético,
sino que es necesario además controlarlo considerando el tipo de enfermedad y las
características físicas del paciente.
En este trabajo se presenta un sistema que nos permite controlar por medio de un
dispositivo PIC-16F877 y medir el campo magnético a través de un sensor de Efecto Hall para
observar su simulación en tiempo real. Logrando que sea un método eficiente para poder
censar y medir la intensidad del campo magnético en un rango de 10 a 100 Gauss,
encontrando que una de las limitantes del sistema es que el toroide se calienta por lo que es
importante monitorear la temperatura durante su operación para lo cual utilizamos
un
sensor de temperatura (LM35). Se presenta la lógica de programación del controlador, así
como la conexión del hardware para su programación, operación y puertos de entrada y salida,
Utilizando un programa de apoyo En Lab-View con el fin de representar en forma grafica la
operación de este proyecto y lograr una comunicación fácil y directa para el usuario de este
equipo el cual solo debe asignar valores de intensidad del campo magnético y tiempo de la
terapia. Resultando un equipo practico que se puede utilizar en hospitales, clínicas y en los
hogares, donde se necesite terapia de emisión de campo magnético.
INTRODUCCION
La magnetoterapia es un sistema dentro de la medicina alternativa natural y
económico, absolutamente indoloro y con mínimos efectos colaterales. Existe una inmensa
gama de afecciones que pueden ser tratadas con la aplicación de campos magnéticos y que
son de gran ayuda en las terapias tradicionales, por ejemplo en el dolor de oídos, dientes,
calambres, jaquecas, dolores musculares, urinarios, menstruales, gota, artríticos y en el control
de tumores malignos. La aplicación de campos magnéticos en el cuerpo humano, debe ser
controlada, para lo cual se requiere de un dispositivo que mida la intensidad magnética que se
está aplicando, ya que los pacientes tienen diferentes características corporales, por lo que
para cada terapia dependerá la magnitud magnética a la cual debe ser sometido dicho tejido.
Se propone la teoría del efecto hall,
como un método eficiente para poder medir la
intensidad del campo magnético que se está generando, el cual será aplicado a un tejido
determinado. Al usar un toroide y posicionar el sensor en el centro, lugar donde se concentra
el campo magnético se optimiza la medición del campo magnético.
La aplicación de la bobina generadora de campos magnéticos de intensidad variable
así como los dispositivos de control para su operación, las interfaces de aplicación, se
presentan como producto final de esta investigación y aplicación real.
Por lo que se plantea como objetivo principal diseñar y construir un equipo para medir el
campo magnético en un rango de 10 a 100 Gauss. Que utilice un micro controlador, un sensor
de efecto Hall, programando el tiempo por medio de un teclado matricial, con salidas a través
de una pantalla de cristal líquido, debiendo indicar valores de: intensidad del campo magnético
y el record de duración de la terapia. Y así poner al alcance de la sociedad en general, un
equipo de terapias, de fácil utilización, operación segura y un costo accesible
MEMORIAS TECNyMED 2013
DESCRIPCION DEL FENOMENO FISICO
El efecto Hall tiene lugar cuando sobre un conductor recorrido por una corriente eléctrica 1
actúa transversalmente un campo magnético B, apareciendo una campo electrónico E en el
interior del conductor con dirección perpendicular a I y a B.
Las experiencias realizadas por Hall le llevarían a descubrir y demostrar que se podía obtener
una diferencia de potencial entre las caras de laminas de material conductor, que eran
finísimas laminas de oro, a través de la cual se hacía circular una corriente eléctrica a la vez
que se aplicaba un campo magnético perpendicular a la superficie de las mismas
Figura 1 Principio básico del Efecto Hall, lamina delgada de semiconductor y una corriente.
Cuando un campo magnético perpendicular está presente como se muestra en la Figura 3.2,
una fuerza Lorentz es ejercida sobre la corriente. Esta fuerza desordena la distribución de
corriente, resultando una diferencia de potencial a través de la salida, llamado Voltaje Hall(VH).
Figura 2 Campo magnético perpendicular, una fuerza Lorentz es ejercida sobre la corriente y se crea un voltaje.
La interacción del campo magnético y la corriente es mostrada en la siguiente ecuación (1)
VH  I X B
(1)
Los sensores de efecto Hall pueden ser aplicados en muchos tipos de dispositivos de medición.
El voltaje Hall es proporcional al vector transversal producto de la corriente (I) y del campo
magnético (B). Este está en el orden de 7 v/Vs/gauss en silicón y hasta ahora requiere
amplificación para aplicaciones prácticas.
Razón para usar el Efecto Hall
La razón para usar una tecnología particular o sensor varía de acuerdo a la aplicación. El
costo, función y disposición son algunas formas de consideración. Las características y
beneficios de una tecnología dada, junto con los requerimientos específicos de aplicación son
factores que deben de tomarse en cuenta al tomar una decisión. Las características generales
del efecto Hall basadas en los dispositivos generales son:
Estado sólido constante.
Piezas no movibles
Vida larga (30 billones de operaciones)
Compatibilidad lógica de entrada y salida
Alta velocidad de operación – superior a
Amplio rango de temperatura (- 40 hasta +
100 k Hz
150 ° C)
Operaciones con entrada estacionada
Operación altamente repetible.
(velocidad cero)
Sensor Lineal de Efecto Hall, Características y Beneficios
El sensor lineal es designado para responder a un amplio rango de campos magnéticos
positivos o negativos. Lo crítico para su funcionamiento son su sensibilidad y linealidad por
encima de su rango de temperatura de operación específica.
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La cuarta generación de los sensores lineales Allegro´s, el A3516, optimizan este criterio de
diseño. Este sensor ratio métrico tiene una sensibilidad de 2.5 mV/gauss, un rango de
temperatura de operación de –40°C a + 150° C, y una temperatura de compensación por
encima de su amplio rango de operación.
El sensor lineal de Efecto-Hall es inmune a la mayor parte de los disturbios ambientales que
quizás afecten al dispositivo óptico o mecánico, tales como vibración, humedad, suciedad o
capas de aceite, iluminación del ambiente, etc.
DESARROLLO EXPERIMENTAL
El medidor de campo magnético de nuestro experimento está formado por lo siguiente. Un
sensor de campo magnético de Efecto Hall. El cual se produce en materiales semiconductores
(tipo P o tipo N) a través de los cuales hay previo movimiento de cargas cuando un campo
magnético es aplicado perpendicularmente a la dirección del movimiento de estas. Las cargas
son aceleradas en una dirección normal a la de su avance y al campo magnético,
acumulándose en las paredes del material y creando así una diferencia de tensión que en
régimen estacionario, es proporcional al campo magnético aplicado.
 Un microcontrolador (PIC-16F877)
1. PIC de 8 bits.
2. 5 Puertos.
3. un convertidor Analógico Digital
4. un reloj.
 Una pantalla de cristal líquido (LCD).
1. pantalla de caracteres ASCII.
2. desplegamientos de los caracteres hacia la izquierda o la derecha.
3. Memoria de 40 caracteres por línea de pantalla.
4. Permite que el usuario pueda programar ocho caracteres.
Un Teclado matricial.
Teclado
Matricial
LCD
Campos
Magnético
Sensores.
- Efecto Hall
-
Micro
controlador
PC
Figura 3. Diagrama de Bloques del medidor del campo magnético que se deduce del concepto físico.
Sistema de control del campo magnético.
Este está formado por los siguientes bloques:
Un sensor de campo magnético de EFECTO HALL (MLX90215). El efecto Hall se produce en
materiales semiconductores (tipo P o tipo N) a través de los cuales hay un previo movimiento
de estas. Las cargas son aceleradas en una dirección normal a la de su avance y al campo
magnético, acumulándose en las paredes del material y creando así una diferencia de tensión
que, en régimen estacionario, es proporcional al campo magnético aplicado.



Un micro controlador (PIC-16C74).
PIC de 8 bits.
5 puertos.
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








Un convertidor Analógico Digital.
Un reloj.
Una pantalla de cristal líquido (LCD).
Pantalla de caracteres ASCIL.
Des plegamiento de caracteres izquierda o la derecha.
Memoria de 40 caracteres por línea de pantalla.
Movimiento del cursor y cambio de su aspecto.
Permite que el usuario pueda programar ocho caracteres.
Conexión a un procesador usando un interfaz de 4 u 8 bits.
El siguiente diagrama de bloques representa el desarrollo experimental.
Generador de
Campo
Magnético
Sensor de efecto
Hall Sist. De
Tención
Electromagnético
(Bobinas)
Sist. De Control
Micro controlador
PIC 16F874
Pantalla De Cristal
Liquido LCD
Figura 4. Diagrama de bloques experimental del medidor de campos magnéticos
Campos magnéticos
a) Para la generación de Campos Electromagnéticos utilizamos alambre magneto Calibre 19,
(D1) Diámetro total de la bobina 44 Cm.
Distancia (suma de las espiras de la bobina) 2 Cm, No. De vueltas 518 ,Gauss medidos ± 86
 Corriente = 1.41 Amperes.
 VAR = 170
 Watts = 56.3
 VA = 179
 F.P. = 0.32 Inductivos
 Hz = 60
b).Para la generación de Campos magnéticos constantes utilizamos imanes comerciales de:
600 Gauss, 400 Gauss, 750 Gauss.
Para medir la corriente se utiliza un sensor de Efecto Hall de la marca Allegro Micro System el
cual está diseñado para registrar campos magnéticos positivos y negativos con un rango de
800 Gauss.
Para registrar la temperatura se utiliza un sensor de la marca Nacional Semiconductor (LM35).
Con un rango de -50 a +150 ºC.
En esta parte del sistema se utiliza un micro controlador de la Marca Microchip (PIC16F877),
de acuerdo a sus características se elabora el programa para medir las señales analógicas
(temperatura y Corriente), las cuales se convierten a señales digitales, estas se pueden
visualizar en una pantalla de cristal liquido y en la PC.
Los valores de salida serán observados en una pantalla de cristal líquido (LCD), de dos líneas
por 16 caracteres. Se programa el PIC de tal forma que los valores del campo magnético y
temperatura se grafiquen en una computadora.
Se utiliza un teclado matricial para programar el tiempo de activación y duración de la bobina
generadora del campo Electromagnético.
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Figura 5. Se muestra una bobina generadora de campo magnético, la flecha indica la dirección de la corriente I.
Resultados y Aplicaciones del Medidor de Campo Magnético
a) Determinación teórica del campo magnético en la bobina.
Aplicando la ley de Ampere
B = o NI / 2r
(2)
Donde B = campo magnético., o =4 x 10 -7 Wb/A m, permeabilidad magnética del vacío.
I = Corriente alterna por espira en Amperes., N = No. De vueltas en la bobina.
r = Ancho de la suma de las espiras de la bobina
Sustituyendo valores en la formula:
B=
(4 x 10 -7 Wb/A m)(520 Vueltas)(1.41 Amperes)
2 (.02 m)
B=
0.00092136
= 0.00733199 W/m² = 73.31 Gauss.
0.125663
Medición Práctica de la corriente alterna en la bobina.
Una de las maneras de corroborar la ley de Ampere es midiendo la corriente Real (I) que
consume la Bobina y la corriente total aparente de la suma de todas las espiras (IT), lo anterior
se hace con equipos de medición de precisión utilizados en el laboratorio de Comisión Federal
de Electricidad, dichos equipos miden la corriente con amperímetros de gancho (considerando
que la corriente es proporcional al campo magnético). En esta parte se muestra que al medir la
corriente en una espira es de 1.41 Amperes y la corriente total en todas las espiras es de 733
Amperes, por lo tanto al obtener el cociente:
733 A /1.41 A = 520 Vueltas
De lo anterior se confirma que IT= N I, donde N es el No. De vueltas de la bobina,
comparando con las reales que son 518 se determina que hay un 99.61 % de efectividad. Las
figura 6 muestra la medicion de Voltaje, Corriente, Potencia Real, Potencia reactiva, Potencia
aparente, FP y frecuencia.
Figura 6. Medición de la corriente real consumida por la bobina y la corriente total inducida.
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Aplicación de la Bobina Generadora de Campos Electromagnéticos en Terapias.
De acuerdo a las características corporales del paciente y el tipo de enfermedad a tratar
previamente diagnosticados, se aplicara la técnica de magnetoterapia, un ejemplo de
instalación de dicha bobina es sobre una silla de aluminio, lo anterior lo podemos observar en
la siguiente figura
Figura 7. Aplicación de la bobina generadora de Campos Electromagnéticos.
80
70
60
50
40
30
20
10
0
t (min)
T1 (ºC)
T2 (ºC)
Figura 8. Variacion de la temperatura de la bobina.
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58
52
46
40
34
30
27
24
21
18
15
12
9
6
Calentamiento y Enfriamiento de la Bobina
3
0
T (0C)
Variación de la temperatura en la bobina con respecto al Tiempo
Las terapias con campo electromagnético son de 15 a 30 minutos, la bobina que se utilizo en
este proyecto muestra su grafica de comportamiento de la temperatura con respecto al tiempo,
T1 es la temperatura de incremento de la bobina (calentamiento), T2 es la Temperatura en
descenso (enfriamiento). En la grafica 4.3 podemos observar que en los primeros 15 minutos
de uso la temperatura en la bobina aumenta 21 ºC y los siguientes 15 minutos aumenta 13 ºC,
teniendo una temperatura total al final de la terapia de 59 ºC. Para el caso del enfriamiento de
la bobina es más lento, bajo hasta 25 ºC (Temperatura Ambiente) en un lapso de 2 hrs., cabe
aclarar que no hubo factores externos, para enfriar más rápido la bobina se puede utilizar un
ventilador externo, de esta manera se puede utilizar nuevamente en más terapias.
CONCLUSIONES, ALCANCES Y LIMITACIONES.Este equipo se puede utilizar dentro la medicina alternativa, en hospitales, clínicas y en
los hogares, donde exista la necesidad de someter una persona a la emisión de campo
magnético. El factor temperatura del toroide durante su operación es una limitante, por lo que
existe la necesidad de monitorearla, en todo momento.
Efectos colaterales
El campo magnético induce al sueño.
Presentación de ligera cefalea. Puede corregirse disminuyendo la intensidad en Gauss.
En algunos casos, puede presentarse intensificación de los síntomas. Pero, la tendencia es
pasajera. El máximo estimado para que cedan las molestias es de aproximadamente seis
sesiones.
 Aumento en la diuresis durante las aplicaciones de campo magnético.
 Sensación de hormigueo en la parte tratada.
 Aceleración del proceso de supuración presente, en el caso de infecciones. De este
modo, se favorece la eliminación de cuerpos extraños.
Tiempo y frecuencia de aplicación
Los tratamientos en consultorio se dividen en series compuestas por un número estimado entre
8 y 16 sesiones, divididas en frecuencias de 1 a 3 veces por semana, según se trate de
presentaciones agudas o crónicas. El tiempo de aplicación de los campos magnéticos puede
variar entre 30 y 45 minutos, cuando se emplean imanes de alta potencia en Gauss.
La frecuencia ideal es de tres aplicaciones diarias de 30 minutos, en el caso de los antes
mencionados imanes. Los imanes portables facilitan la continuidad y frecuencia de las
aplicaciones. Los controles en consultorio pueden realizarse una vez a la semana, hasta
comprobar la remisión de los síntomas. Los tratamientos ambulatorios requieren mini-imanes
de baja potencia, del tamaño de una cabeza de alfiler. Permanecen aplicados sobre el cuerpo,
sostenidos por una bandita adhesiva hipoalergénica, durante varios días. Sólo son retirados en
caso que produzcan eritema o aumento de temperatura en la zona.
TRATAMIENTOS MÁS COMUNES.
 En Cardiología: Angina de pecho; arritmias; isquemia miocárdica.
 En Dermatología: Acné; Celulitis; Dermatitis; lesiones herpéticas; psoriasis; verrugas;
lunares; envejecimiento.
 En Flebología: Flebitis; hemorroides; úlceras varicosas; linfedema; pie diabético.
 En Ginecología: Amenorrea; dismenorrea; cervicitis; síndrome premenstrual; herpes.
 En Gastroenterología: Colitis ulcerosa; colon irritable; colon espasmódico; meteorismo;
hernia de hiato; gastritis; constipación crónica.
 En Neurología: Cefaleas; insomnio; herpes zoster; neuralgia del Trigémino; neuritis; parálisis
facial; Parkinson.
 En Neumotisiología: Asma bronquial; bronquitis aguda y crónica; sinusitis.
 En Oftalmología: Glaucoma; retinopatías diabéticas; conjuntivitis; cataratas; presbicia.
 En Traumatología : Cervicobraquialgias; dorsalgias; lumbalgias; lumbociática; hemicráneas;
coxartrosis; espondiloartrosis; gonartrosis; síndrome de túnel carpiano; espolón calcáneo;
tendinitis aquiliana; artropatías agudas; bursitis; contusiones; artritis reumatoidea; desgarros
musculares; epicondilitis; esguinces; hematomas; hernia de disco; osteomielitis;
osteoporosis; retardo de consolidación ósea; hombro doloroso; calcificaciones.
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 En Urología: Inflamaciones de la vejiga y de la uretra; impotencia sexual masculina;
enuresis.
Una de las aplicaciones de este medidor es en la medicina alternativa como es la
magnetoterapia, debido a la complejidad del cuerpo Humano y sus variables de tiempo y
magnitud del campo magnético depende directamente del tipo de enfermedad del Paciente y
de sus características corporales. Razón por la cual es muy importante medir y controlar el
campo magnético en pacientes que se les aplica la técnica de la Magnetoterapia.
Este proyecto es de bajo costo muy accesible a las personas de bajos recursos, además de
que lo puede utilizar en la comodidad de sus hogares sin tener que desplazarse al consultorio
médico.
RESULTADO ESPERADO:
IMPACTO
EFECTIVIDAD:
Beneficio para el paciente.
EFICACIA:
Beneficio para el Médico.
EFICIENCIA:
Beneficio para la Universidad
Ofrecerle un equipo compacto de medición a bajo costo,
confiable y de fácil operación.
Contar con un equipo confiable que le ayude a desarrollar
sus terapias y sobre todo que le garantice su seguridad.
Que este equipo de medición sea el prototipo de una
Innovación Incremental, con un costo beneficio de 5 a 1,
además de que sirva de base para despertar el interés y
desarrollo de los Estudiantes. Así mismo una mejor imagen
dela universidad en la iniciativa privada.
REFERENCIAS




Charles Kittel. Introduction to Solid State Physics cuartaedicion John Wiley & Son, Inc., New York
Melexis.Microelectronic Integrated Systems, Applications’ and Data book.
Ronald. J. Tocci. Digital Systems Principles and Applications, Mc. Graw Hill España 1997.
Benjamin C. Kuo. Automatic Control Systems. Prentice-Hall Hispanoamericana, Séptima edición
México, 1996.
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